Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-05T08:03:54Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Ferreira Campos Neto - 2015.pdf: 3471853 bytes, checksum: 35e5a04973ea3b1be09afd99f6dc94f1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-05T08:06:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Ferreira Campos Neto - 2015.pdf: 3471853 bytes, checksum: 35e5a04973ea3b1be09afd99f6dc94f1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-05T08:06:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Ferreira Campos Neto - 2015.pdf: 3471853 bytes, checksum: 35e5a04973ea3b1be09afd99f6dc94f1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The rheological properties... / As propriedades reológicas...

Submitted by BRUNO HENRIQUE PINTO (engbhpin@gmail.com) on 2018-06-29T13:15:23Z No. of bitstreams: 1 Execução de blocos para alvenaria estrutural utilizando concreto fluido 2018 (2).pdf: 4983067 bytes, checksum: cca8dd5aade17e86646b1fd28326a3f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-06-29T14:16:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pinto_bh_me_ilha.pdf: 4983067 bytes, checksum: cca8dd5aade17e86646b1fd28326a3f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T14:16:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pinto_bh_me_ilha.pdf: 4983067 bytes, checksum: cca8dd5aade17e86646b1fd28326a3f9 (MD5) Previous issue date: 2018-06-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As complicações ocasionadas pelas irregularidades presentes na face de assentamento dos blocos de alvenaria estrutural, provenientes de procedimentos correntes de fabricação, possibilita um campo de estudo para otimização na melhoria dessas irregularidades. Para tanto, este trabalho tem por finalidade propor uma alternativa de fabricação dos blocos de alvenaria estrutural através do uso e aplicação de concreto fluido com os traços 1:3, 1:5 e 1:7, cujas resistências à compressão deles e dos prismas, atendam às exigências das normas NBR 15961-1 e NBR 15961-2. Assim, além de moldados e confeccionados os blocos e os prismas, neste trabalho são apresentados ensaios de ambos, bem como os ensaios das argamassas de assentamento mista e polimérica. Em alguns destes ensaios utilizaram-se LVDTs e Strain-Gages, com objetivo de verificar os seus deslocamentos e suas deformações, e consequentemente as tensões atuantes, nos blocos e nos prismas. / Complications arising from imperfections on the bonded surface of structural masonry blocks, from current manufacturing procedures, makes it a field of study for optimization in the improvement of these irregularities. To this end, this paper aims to propose an alternative to the manufacture of structural masonry block through the use and application of fluid concrete with mixture 1:3, 1:5 and 1:7, whose resistance to compression them and prisms, meet the requirements established by the Brazilian technical standards NBR 15961-1 and NBR 15961-2. Thus, this work describes tests performed on blocks and prisms. The prisms were tested with mixed and polymeric block-laying mortars. In some of these tests using LVDTs and Strain Gages to check their displacements and their deformations, and consequently tensions, in the blocks and prisms.

Orientador: Maria da Consolação Fonseca Albuquerque / Resumo: As complicações ocasionadas pelas irregularidades presentes na face de assentamento dos blocos de alvenaria estrutural, provenientes de procedimentos correntes de fabricação, possibilita um campo de estudo para otimização na melhoria dessas irregularidades. Para tanto, este trabalho tem por finalidade propor uma alternativa de fabricação dos blocos de alvenaria estrutural através do uso e aplicação de concreto fluido com os traços 1:3, 1:5 e 1:7, cujas resistências à compressão deles e dos prismas, atendam às exigências das normas NBR 15961-1 e NBR 15961-2. Assim, além de moldados e confeccionados os blocos e os prismas, neste trabalho são apresentados ensaios de ambos, bem como os ensaios das argamassas de assentamento mista e polimérica. Em alguns destes ensaios utilizaram-se LVDTs e Strain-Gages, com objetivo de verificar os seus deslocamentos e suas deformações, e consequentemente as tensões atuantes, nos blocos e nos prismas. / Abstract: Complications arising from imperfections on the bonded surface of structural masonry blocks, from current manufacturing procedures, makes it a field of study for optimization in the improvement of these irregularities. To this end, this paper aims to propose an alternative to the manufacture of structural masonry block through the use and application of fluid concrete with mixture 1:3, 1:5 and 1:7, whose resistance to compression them and prisms, meet the requirements established by the Brazilian technical standards NBR 15961-1 and NBR 15961-2. Thus, this work describes tests performed on blocks and prisms. The prisms were tested with mixed and polymeric block-laying mortars. In some of these tests using LVDTs and Strain Gages to check their displacements and their deformations, and consequently tensions, in the blocks and prisms. / Mestre

In der vorliegenden Dissertation wird ein Simulationsmodell für die Diskrete Elemente Methode vorgestellt, das in der Lage ist, das Materialverhalten während des Mischprozesses von Frischbeton nachzubilden. Zur realitätsnahen Abbildung des Materialverhaltens während des gesamten Mischprozesses ist zum einen die korrekte, prozessabhängige Modellierung der Feuchtigkeitsverteilung im Mischgut notwendig. Zum anderen definiert sich das lokale Materialverhalten durch den aktuellen Feuchtegrad und die Materialzusammensetzung der Mischung und muss im Simulationsmodell Berücksichtigung finden. Zur korrekten Modellierung der Feuchteverteilung wurde der Flüssigkeitstransfer zwischen unterschiedlich feuchten Kontaktpartnern (Partikeln) im Simulationsmodell realisiert. Der Flüssigkeitstransfer ist dabei abhängig vom Feuchtegrad der beiden Kontaktpartner, ihrer relativen Positionierung zueinander und der Viskosität der zu transferierenden Flüssigkeit. Zudem spielt die Partikelgröße eine entscheidende Rolle bei der Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit eines Partikels und bei der Geschwindigkeit des Flüssigkeitstransfers. Zur Repräsentation des Flüssigkeitsanteils aller Partikel im Simulationsmodell erhält jedes Partikel eine zusätzliche Partikelvariable. Feuchte Feststoffpartikel lassen sich somit als zweischichtige Partikel repräsentieren, die eine äußere Flüssigkeitsschicht und einen inneren Feststoffkern besitzen. Die Modellierung des Materialverhaltens basiert auf einer Unterteilung in drei verschiedene Kraftkomponenten, die in Abhängigkeit der lokalen Feuchtegrade Anwendung finden. Die erste Kraftkomponente umfasst Reibungs-, Dämpfungs- und Federkräfte, die bei trockenen Feststoffkontakten zum Einsatz kommen. Die zweite Kraftkomponente besteht aus zusätzlichen Flüssigkeitsbrückenkräften, die bei leicht angefeuchteten Materialien wirken. Die Flüssigkeitsbrückenkräfte sind abhängig von Flüssigkeitsvolumen, Flüssigkeitszusammensetzung, Partikelgröße und Abstand der Kontaktpartner. Die dritte Kraftkomponente umfasst die viskosen Kräfte, die bedingt durch die Flüssigkeitsschichten zwischen den Kontaktpartnern auftreten. Die viskosen Kräfte in Tangentialrichtung basieren auf dem Bingham-Modell, das häufig für zementgebundene Suspensionen eingesetzt wird. Die Anwendung des Bingham-Modells setzt die Kenntnis der rheologischen Kenngrößen Fließgrenze und plastische Viskosität voraus, die aus der lokalen Zusammensetzung der Flüssigkeitsschicht approximiert werden müssen. Die Grundlage für diese Approximation bilden sowohl Modelle aus der Literatur als auch experimentelle Untersuchungen, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden. Auch die Definitionen der materialabhängigen Flüssigkeitsaufnahmemengen und -geschwindigkeit sowie die Berechnung der zustandsabhängigen Flüssigkeitsbrückenkräfte basieren auf theoretischen Modellen und experimentellen Untersuchungen. Die Experimente sollen die entsprechenden theoretischen Modelle stützen, die materialspezifischen Modellparameter bestimmen und zusätzliche Daten außerhalb des Gültigkeitsbereichs der Modelle liefern. Alle Einzelaspekte der Flüssigkeitsaufnahme, des -transfers und des feuchteabhängigen Materialverhaltens werden in der Simulation implementiert und anhand der Nachbildung der Experimente überprüft. Das Zusammenspiel aller Modellaspekte wird anhand der Simulation eines experimentell durchgeführten Betonmischprozesses in einem Zwangsmischer für zwei Rezepturen mit unterschiedlichen w/z-Werten ohne Verwendung von Zusatzstoffen und -mitteln validiert. Während des Mischprozesses wurde die Leistungsaufnahme des Mischers erfasst und mit der aus dem Drehmoment abgeleiteten Leistungsausnahme aus der Simulation verglichen. Dabei zeigte sich eine gute qualitative Übereinstimmung des zeitlichen Leistungsverlaufs, der das realistische Durchlaufen der verschiedenen Phasen der Materialzustände widerspiegelt. Als zusätzliches Vergleichskriterium wurde nach dem Mischprozess das Setz- bzw. Setzfließmaß ermittelt. Auch hier zeigte sich eine gute qualitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation. Damit konnte die grundsätzliche Anwendbarkeit des Modells zur Nachbildung des Materialverhaltens während des Frischbetonmischprozesses anhand einer ausgewählten Betonrezeptur demonstriert werden. / In this thesis a simulation model for the Discrete Element Method is presented, which is capable to simulate the material behavior during the mixing process of fresh concrete. For the realistic modeling of the material behavior during the entire mixing process two major aspects have to be integrated in the model. On the one hand the correct, process-dependent representation of the moisture distribution within the mix is necessary. Second, the local material behavior defined by the current degree of humidity and the mix composition must be taken into account in the simulation model. For a correct simulation of the humidity distribution representation the fluid transfers between different wet contact partners (particles) was realized in the contact model. The fluid transfer is dependent on the moisture level of the two contact partners, their relative positioning to each other and the viscosity of the liquid to be transferred. In addition, the particle size plays a crucial role in the water absorption capacity of a particle and in the water transfer velocity. For the representation of the liquid content of each particle, all particles in the simulation model have an additional particle variable. Wetted solid particles can thus be represented as two-layered particles having an outer liquid layer and an inner solid core. The modeling of the material behavior is based on a subdivision into three different force components, which are applied dependent on the local moisture degree. The first force component comprises friction, damping and spring forces, which are used in dry solid contacts. The second force component consists of additional liquid bridge forces acting in weakly wetted materials. The liquid bridge forces are defined as a function of liquid volume, liquid composition, particle size and the distance of the contact partners. The third force component covers the viscous forces that occur due to the fluid layers between the contact partners. The viscous forces in the tangential direction are based on the Bingham model, which is commonly used for cementitious suspensions. The application of the Bingham model assumes knowledge of the rheological parameters yield stress and plastic viscosity, which need to be approximated from the local composition of the liquid layer. The basis of this approximation is provided by models of literature and experimental investigations that have been carried out in this work. Also, the definitions of the material-dependent fluid absorption volume and the liquid transfer velocity as well as the computation of the state-dependent liquid bridge forces are based on theoretical models and experimental studies. Experiments are supposed to support the relevant theoretical models, determine the material-specific model parameters and provide additional information outside the scope of the models. All aspects of the fluid absorption, fluid transfer and the moisture-dependent material behavior are implemented in the simulation and verified by the remodeling of the experiments. The interplay of all aspects of the model is validated by the simulation of an experimentally investigated concrete mixing process in a compulsory mixer for two concrete recipes with different w/c ratios without using additives and admixtures. During the mixing process the power consumption of the mixer was recorded and compared with the approximated power consumption in the simulation, deduced from the torque data. Thereby a good qualitative agreement of the power curve was achieved, which reflects a realistic pass through the various phases of the material states during the mixing process. As an additional comparison criterion the slump or the slump flow was determined after the mixing process. Again, a good qualitative agreement between experiment and simulation was achieved. Thus the basic applicability of the model to simulate the material behavior during the fresh concrete mixing process is demonstrated using a selected concrete mix.

This thesis reports recent numerical investigation of the rheological behavior of fresh concrete using the Distinct Element Method (DEM). Some relevant questions of the concrete rheology e.g. the influence of the concrete composition on the rheological behavior of the fresh concrete, the experimental determination of the Bingham rheological constants as well as the use of these constants in the numerical simulation were discussed thoroughly. An important topic of the performed investigation was the development of the numerical model for fresh concrete which enables simple, fast and stable predictive simulation of different technological operations with fresh concrete. Firstly, in a literature survey, the state-of-the-art of the numerical simulation of fresh concrete was presented and critically discussed in order to show advantages and disadvantages of other methods and modeling approaches. Open (unsolved) questions were highlighted and the basis for their investigation is created within this thesis. Fundamental concepts of the rheology were then presented and the basic rheological models of viscoelastic materials were considered; the rheological behaviors of different types of concretes were presented and its influencing factors were discussed. Additionally main methods for scientific investigation and testing of the fresh concrete were shown. The test methods were critically discussed in order to select the test, which has been used as a reference experimental test for the numerical simulations. Chosen reference experimental test was the slump flow test. The slump flow test was thoroughly analyzed and an analytical solution was developed which helps to interpret the results of measurements and provides a link between rheological constants and measured quantities. In a further step an extensive experimental program was carried out in order to investigate the rheological behavior of fresh concrete and get the input data for numerical simulation. Firstly, the experiments on macrolevel were performed. Here the rheological behavior of the fresh concrete flow in different tests was investigated (slump and slump flow tests, L-Box). Further, the experiments on mesolevel with polymer on Carbopol basis and mortar were developed and performed in order to investigate the interaction between distinct particles suspended in a fluid matrix. The necessary material parameters, especially those representative of the fluid suspension micromechanical behavior, i.e. the force-displacement relationship, yield force and bond strength, were determined by these experiments. The slump flow test was used as the basic test to calibrate the model for fresh concrete (key data: slump value, slump flow diameter (for concretes with a soft consistency) and the time of spreading). Thus, the decisive phenomena of the fresh concrete flow were highlighted, control points for a contact model were selected and the initial input data for the development of the contact model was obtained. Next, the user-defined contact model was developed and implemented into the Particle Flow Code ITASCA. The contact model was completely described and its limitations discussed. Then, the set of numerical tools was developed, which enable simplified and stable numerical simulation of the fresh concrete with particular behavior, i.e. automatic generation of the concrete with given particle grading, amount of fibers and air, automatic recalculation of the micromechanical parameters of the contact model from given initial yield stress and plastic viscosity. The model was calibrated by slump flow test simulations and validated by corresponding analytical approach. Further, the role of different model parameters was investigated by simulating the slump flow test. Furthermore, for verification of the model several additional experiments were simulated, i.e. L-Box and LCPC-box test. The results of modeling were compared with experimental results and discussed in detail. All numerical simulations provide qualitatively as well as quantitatively correct results and hence adequately represent the phenomena observed in real experiments. The thesis closes with general conclusions and outlook of the work. In the future, the developed contact model and tools of the “Virtual concrete laboratory” could be modified in order to extend the potential of the laboratory to cover such properties as thixotropic behavior of fresh concrete or simulating hardening of the concrete and behavior of the hardened concrete.

In the construction industry of today, many projects are getting bigger, higher and more complicated than ever before. The most important material in these projects is concrete and the process of casting has developed a lot during the last century. One specific casting procedure, the slipforming technique, is a well established method throughout the world and it is profitable when there are high demands on the aesthetics, the given time period is short, the structures are high and big or when a large number of standardized structures are to be cast. Slipforming is performed around the clock and due to the generally high work phase of today, slipforming is suitable because it can keep a steady phase without stopping. The material concrete is a subject that is constantly evolving and often new prescriptions, grades and types appear on the market. Experiments about for example alternative binders and different recipes have resulted in concrete being more flexible now than ever before. In general, one cannot find much information about how the concrete mix specifically should be when slipforming. Therefore, there is a need for investigating this further. This master thesis examines important properties and features that a concrete mix should possess to be suitable for slipforming. The choice of material composition and other affecting parameters are put forward to get a clear picture of how to accomplish an eminent slipform process. The study includes thorough investigations regarding both concrete and slipforms which formed an adequate foundation for the further research. Also, an examination on literature of how the two components work together, i.e. how the concrete behaves in a slipform, was carried out to the greatest possible extent. As expected, there was not much information written down about this subject which supported the alleged gap in the current literature. Subsequently, to obtain a deeper understanding of the matter, fifteen interviews were performed. The interviews formed a qualitative research process and the interviewees were consultants specialized in slipforming, project contractors and employees at concrete manufacturers. From the results, it can be concluded that there is no specific concrete mix advocated for slipforming. Important parameters such as stickiness, workability and hardening procedure are key aspects that need to be considered to create an adequate concrete mix. The basic things to keep in mind are that the amount of fine material should be small to avoid a sticky concrete, if crushed gravel is used it should be washed, the alternative binder should be adapted to the CEM I and the recommended alternative binders are PFA and GGBS. Further, the concrete mix is dependent on various other parameters that can be difficult to predict, such as weather and temperature at site, transport distance to site from the concrete factory and how well the site can keep a constant workflow around the clock. Accordingly, there is no standard recipe that is guaranteed to work in every project, but the most appropriate method is to perform tests on the possible mixes to be able to foresee how they will behave in the slipform. / Idag är byggprojekten större, högre och mer komplicerade än någonsin tidigare. Det viktigaste materialet i dessa projekt är betong och själva gjutningsprocessen har utvecklats väldigt mycket under det senaste århundradet. Glidformsgjutning är en väletablerad metod över hela världen och den är lönsam att använda när det ställs höga krav på estetiken, den angivna tidsperioden är kort, konstruktionerna är höga och stora eller när ett stort antal standardiserade konstruktioner ska gjutas. Glidformsgjutning utförs dygnet runt och på grund av den idag generellt höga arbetstakten är glidformsgjutning lämplig eftersom den kan hålla ett stadigt tempo utan att arbetet behöver stanna upp. Betong är ett material som ständigt utvecklas och det är inte sällan som det dyker upp nya recept, kvaliteter och typer på marknaden. Experiment med exempelvis alternativa bindemedel och olika recept har resulterat i att betongen nu är mer flexibel än någonsin tidigare. Generellt finns inte mycket nedskriven information om hur en betongblandning som specifikt lämpar sig för glidformsgjutning ska vara, därför finns det ett behov av att undersöka och sammanställa detta. Detta examensarbete utreder viktiga variabler, egenskaper och funktioner som en betongblandning bör ha för att lämpa sig för glidformsgjutning. Materialkomposition och andra parametrar som påverkar tas fram för att få en tydlig bild av hur man bäst åstadkommer en lyckad glidformsprocess. Studien omfattar en grundlig undersökning av både betong och glidformar som senare kom att verka som en grund för den vidare utredningen. Därtill genomfördes en litteraturstudie om hur de två komponenterna fungerar tillsammans, dvs. hur betongen beter sig i en glidform. Som förväntat fanns det inte mycket information om detta ämne vilket styrker det påstådda glappet i litteraturen. Därefter genomfördes 15 intervjuer med sakkunniga personer i branschen för att få en djupare förståelse av ämnet. Dessa intervjuer la grunden till den kvalitativa forskningsprocess som genomförts och de intervjuvade personerna var konsulter specialiserade på glidformsgjutning, projektentrepenörer och anställda hos betongtillverkare. Av resultatet att döma kan en slutsats dras om att det inte finns en enda, specifik betongblandning som lämpar sig för glidformsgjutning. Viktiga parametrar som klibbighet, arbetbarhet och härdningstid är nyckelaspekter som sätter grunden för att en lämplig betongmix kan tas fram. De grundläggande delarna att ha med sig är att mängden finmaterial ska vara liten för att undvika en klibbig betong, om krossgrus används ska det tvättas, det alternativa bindemedlet ska anpassas till cementet och de rekommenderade alternativa bindemedlen är masugnsslagg och flygaska. Vidare beror betongmixen också av ytterligare parametrar som kan vara svåra att förutse, som exempelvis väder och temperatur, transportsträcka till arbetsplatsen från betongfabriken samt huruvida arbetsplatsen kan hålla öppet dygnet runt eller inte. Således finns inget standardrecept som garanterat fungerar till samtliga projekt, utan det är lämpligast att göra tester för att kunna förutse hur betongmixen kommer att agera i glidformen och på så sätt prova sig fram.

Polypropylene fibers are used in concrete mixtures to avoid early cracks during shrinkage. Low thickness of each fiber and low density are reasons, why these fibers are effective in small dosage. Their disadvantages are smooth surface and hydrophobic character of polypropylene, thus it is necessary to improve their surface for better spread during mixing and to reach needed adhesion between fibers and cement paste. In present time are using chemical solutions applied on surface of the fibers to provide better water absorption, but the trend is reducing of using chemicals in industry and this situation demands new technology. There is possible solution, polypropylene fibers treated by low-temperature plasma. This method was developer by cooperation Masaryk University in Brno with company KrampeHarex and Brno Universiry of Technology. The goal of this thesis is to bring comparison, of influence on rheology properties of fresh concrete, between admixed the fibers with applied chemical layer and low-temperature plasma treated polypropylene fibers.

Les parois moulées sont des ouvrages de fondations en béton armé. Le béton de paroi moulée n'est jamais vibré et présente une fluidité élevée. Les observations effectuées après le terrassement et le rabotage des parois montrent que celles-ci présentent des défauts qui sont reliés au ressuage du béton lors de sa mise en place. Les cheminées de remontées d’eau représentent 90% des désordres observés sur les chantiers. Les constituants du béton sont souvent mis en cause. Une étude a été menée afin de comprendre l'influence des divers paramètres affectant le ressuage. Quatre formulations de béton issues de chantier ont été caractérisées en laboratoire. Une formule a montré sur chantier sa robustesse vis à vis du ressuage, tandis que les trois autres formulations ont abouti à des pathologies plus ou moins sévères. La formulation qui présentait le plus de pathologies a été modifiée de manière à observer l’effet des constituants de la formulation vis à vis du ressuage forcé et statique. Différentes pressions ont été étudiées afin de simuler différentes hauteurs de paroi moulée. Cette étude a permis de valider la pression 5 bars prédite par les recommandations Bauer. La formulation de base de ce béton de fondation a été modifiée de manière à obtenir une courbe granulaire continue, un rapport G/S proche de 1 et une augmentation du dosage en fines supérieur à 430 kg/m3. Les résultats des essais ont permis de limiter le seuil admissible du filtre presse Bauer à 15 ml au lieu de 24,4 ml. Les formulations du béton de fondation de plusieurs chantiers de parois moulées ont été modifiées, ce qui a permis de valider les prescriptions précédentes. Des recommandations ont pu être proposées. / The diaphragm walls are foundations made with reinforced concrete. The concrete of diaphragm wall is never vibrated and has a high fluidity. The observations recorded following excavation and planing of diaphragm walls demonstrate that defects are observed which are correlated with concrete bleeding during placement. Water upwelling pathology represents 90% of all disorders observed at project sites. Mix components are often implicated. A study was conducted to understand the influence of various parameters affecting the bleeding. Four concrete mix designs derived from the field were characterized in the laboratory. On a jobsite, one design has, revealed its robustness with respect to bleeding, whereas the other three have led to pathologies of varying severity. The tested concrete displaying the most of pathologies was modified so as to observe the effect of different mix components on the forced and static bleeding. A range of pressures was introduced as a means of simulating various diaphragm wall heights.This study validated the pressure 5 bar predicted by the Bauer recommendations. The basic formulation of this concrete of foundation has been modified in order to have a continuous granular curve, G / S close to 1 and an increasing in the dosage of fines greater thinly than 430 kg / m3. The results of tests served to limit the admissible threshold of filter press Bauer at 15 ml instead of 24,4 ml. The formulations of the concrete foundation of several diaphragm walls have been modified accordingly, which validated the previous prescriptions. Recommendations have been proposed.

In der vorliegenden Dissertation wird ein Simulationsmodell für die Diskrete Elemente Methode vorgestellt, das in der Lage ist, das Materialverhalten während des Mischprozesses von Frischbeton nachzubilden. Zur realitätsnahen Abbildung des Materialverhaltens während des gesamten Mischprozesses ist zum einen die korrekte, prozessabhängige Modellierung der Feuchtigkeitsverteilung im Mischgut notwendig. Zum anderen definiert sich das lokale Materialverhalten durch den aktuellen Feuchtegrad und die Materialzusammensetzung der Mischung und muss im Simulationsmodell Berücksichtigung finden. Zur korrekten Modellierung der Feuchteverteilung wurde der Flüssigkeitstransfer zwischen unterschiedlich feuchten Kontaktpartnern (Partikeln) im Simulationsmodell realisiert. Der Flüssigkeitstransfer ist dabei abhängig vom Feuchtegrad der beiden Kontaktpartner, ihrer relativen Positionierung zueinander und der Viskosität der zu transferierenden Flüssigkeit. Zudem spielt die Partikelgröße eine entscheidende Rolle bei der Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit eines Partikels und bei der Geschwindigkeit des Flüssigkeitstransfers. Zur Repräsentation des Flüssigkeitsanteils aller Partikel im Simulationsmodell erhält jedes Partikel eine zusätzliche Partikelvariable. Feuchte Feststoffpartikel lassen sich somit als zweischichtige Partikel repräsentieren, die eine äußere Flüssigkeitsschicht und einen inneren Feststoffkern besitzen. Die Modellierung des Materialverhaltens basiert auf einer Unterteilung in drei verschiedene Kraftkomponenten, die in Abhängigkeit der lokalen Feuchtegrade Anwendung finden. Die erste Kraftkomponente umfasst Reibungs-, Dämpfungs- und Federkräfte, die bei trockenen Feststoffkontakten zum Einsatz kommen. Die zweite Kraftkomponente besteht aus zusätzlichen Flüssigkeitsbrückenkräften, die bei leicht angefeuchteten Materialien wirken. Die Flüssigkeitsbrückenkräfte sind abhängig von Flüssigkeitsvolumen, Flüssigkeitszusammensetzung, Partikelgröße und Abstand der Kontaktpartner. Die dritte Kraftkomponente umfasst die viskosen Kräfte, die bedingt durch die Flüssigkeitsschichten zwischen den Kontaktpartnern auftreten. Die viskosen Kräfte in Tangentialrichtung basieren auf dem Bingham-Modell, das häufig für zementgebundene Suspensionen eingesetzt wird. Die Anwendung des Bingham-Modells setzt die Kenntnis der rheologischen Kenngrößen Fließgrenze und plastische Viskosität voraus, die aus der lokalen Zusammensetzung der Flüssigkeitsschicht approximiert werden müssen. Die Grundlage für diese Approximation bilden sowohl Modelle aus der Literatur als auch experimentelle Untersuchungen, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden. Auch die Definitionen der materialabhängigen Flüssigkeitsaufnahmemengen und -geschwindigkeit sowie die Berechnung der zustandsabhängigen Flüssigkeitsbrückenkräfte basieren auf theoretischen Modellen und experimentellen Untersuchungen. Die Experimente sollen die entsprechenden theoretischen Modelle stützen, die materialspezifischen Modellparameter bestimmen und zusätzliche Daten außerhalb des Gültigkeitsbereichs der Modelle liefern. Alle Einzelaspekte der Flüssigkeitsaufnahme, des -transfers und des feuchteabhängigen Materialverhaltens werden in der Simulation implementiert und anhand der Nachbildung der Experimente überprüft. Das Zusammenspiel aller Modellaspekte wird anhand der Simulation eines experimentell durchgeführten Betonmischprozesses in einem Zwangsmischer für zwei Rezepturen mit unterschiedlichen w/z-Werten ohne Verwendung von Zusatzstoffen und -mitteln validiert. Während des Mischprozesses wurde die Leistungsaufnahme des Mischers erfasst und mit der aus dem Drehmoment abgeleiteten Leistungsausnahme aus der Simulation verglichen. Dabei zeigte sich eine gute qualitative Übereinstimmung des zeitlichen Leistungsverlaufs, der das realistische Durchlaufen der verschiedenen Phasen der Materialzustände widerspiegelt. Als zusätzliches Vergleichskriterium wurde nach dem Mischprozess das Setz- bzw. Setzfließmaß ermittelt. Auch hier zeigte sich eine gute qualitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation. Damit konnte die grundsätzliche Anwendbarkeit des Modells zur Nachbildung des Materialverhaltens während des Frischbetonmischprozesses anhand einer ausgewählten Betonrezeptur demonstriert werden.:1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung 2 1.3 Lösungsansatz 3 1.4 Gliederung der Arbeit 5 2 State of the art – Lösungsansätze und ihre Grenzen 7 2.1 Simulationsmethoden für Mischprozesse 7 2.1.1 Überblick 7 2.1.2 Diskrete Elemente Methode (DEM) 9 2.2 Simulation des Feuchteübergangs 16 2.3 Simulation von Flüssigkeitsbrücken 22 2.4 Simulation von Frischbeton 26 2.4.1 Diskrete Elemente Methode (DEM) 27 2.4.2 Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) 31 2.4.3 Finite Volumen Methode (FVM) 31 2.4.4 Finite Elemente Methode (FEM) 32 2.4.5 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 33 2.5 Fazit aus dem aktuellen Stand der Technik 34 3 Theoretische Modellbildung 37 3.1 Wasseraufnahmemenge 37 3.2 Flüssigkeitsbrückenkräfte 39 3.3 Rheologie von zementgebundenen Suspensionen 46 3.4 Fazit aus der Betrachtung der theoretischen Modelle 59 4 Experimentelle Untersuchungen 61 4.1 Materialeigenschaften der Ausgangsstoffe 61 4.1.1 Korngröße 61 4.1.2 Dichte 64 4.1.3 Reibungskoeffizient 65 4.2 Flüssigkeitsaufnahmemenge 69 4.2.1 Wasser 69 4.2.2 Zementleim und Mörtel 77 4.3 Wasseraufnahmegeschwindigkeit 78 4.4 Flüssigkeitsbrückenkraft 81 4.4.1 Messapparatur 81 4.4.2 Versuche am Einzelpartikel 83 4.4.3 Feuchte Schüttkegel 92 4.5 Oberflächenspannung 94 4.6 Rückprallexperiment 95 4.7 Suspensionsverhalten 98 4.8 Mischprozess 110 4.9 Fazit aus den experimentellen Untersuchungen 117 5 Simulationsmodell 119 5.1 Ablauf einer Standard-Simulation in EDEM 119 5.2 Programmierschnittstelle für benutzerdefinierte Kontaktmodelle in EDEM 120 5.3 Übersicht des Modellierungsansatzes 122 5.4 Modellierung des Flüssigkeitstransfers 124 5.4.1 Grundidee 124 5.4.2 Aufnahmebedingungen für Wasser 133 5.4.3 Aufnahmebedingungen für Suspensionen 137 5.4.4 Transfergeschwindigkeit 139 5.4.5 Ergebnisse 142 5.5 Modell zur Partikelüberlappung 147 5.6 Flüssigkeitsbrückenkräfte 148 5.6.1 Modellierung 148 5.6.2 Ergebnisse 154 5.7 Reibungskräfte 158 5.8 Dämpfungskräfte in Normalrichtung durch Flüssigkeit 159 5.9 DämpfungskKräfte in Tangentialrichtung 161 5.9.1 Modellierung 161 5.9.2 Ergebnisse 166 5.10 Adaption durch Kontaktzahl 169 5.11 Implementierung der benutzerdefinierten Variablen 170 5.12 Validierung des Gesamtmodells 177 5.13 Fazit aus der Modellerstellung 192 6 Zusammenfassung 193 7 Modellgrenzen und Ausblick 197 Symbolverzeichnis 199 Literatur- und Quellenverzeichnis 203 / In this thesis a simulation model for the Discrete Element Method is presented, which is capable to simulate the material behavior during the mixing process of fresh concrete. For the realistic modeling of the material behavior during the entire mixing process two major aspects have to be integrated in the model. On the one hand the correct, process-dependent representation of the moisture distribution within the mix is necessary. Second, the local material behavior defined by the current degree of humidity and the mix composition must be taken into account in the simulation model. For a correct simulation of the humidity distribution representation the fluid transfers between different wet contact partners (particles) was realized in the contact model. The fluid transfer is dependent on the moisture level of the two contact partners, their relative positioning to each other and the viscosity of the liquid to be transferred. In addition, the particle size plays a crucial role in the water absorption capacity of a particle and in the water transfer velocity. For the representation of the liquid content of each particle, all particles in the simulation model have an additional particle variable. Wetted solid particles can thus be represented as two-layered particles having an outer liquid layer and an inner solid core. The modeling of the material behavior is based on a subdivision into three different force components, which are applied dependent on the local moisture degree. The first force component comprises friction, damping and spring forces, which are used in dry solid contacts. The second force component consists of additional liquid bridge forces acting in weakly wetted materials. The liquid bridge forces are defined as a function of liquid volume, liquid composition, particle size and the distance of the contact partners. The third force component covers the viscous forces that occur due to the fluid layers between the contact partners. The viscous forces in the tangential direction are based on the Bingham model, which is commonly used for cementitious suspensions. The application of the Bingham model assumes knowledge of the rheological parameters yield stress and plastic viscosity, which need to be approximated from the local composition of the liquid layer. The basis of this approximation is provided by models of literature and experimental investigations that have been carried out in this work. Also, the definitions of the material-dependent fluid absorption volume and the liquid transfer velocity as well as the computation of the state-dependent liquid bridge forces are based on theoretical models and experimental studies. Experiments are supposed to support the relevant theoretical models, determine the material-specific model parameters and provide additional information outside the scope of the models. All aspects of the fluid absorption, fluid transfer and the moisture-dependent material behavior are implemented in the simulation and verified by the remodeling of the experiments. The interplay of all aspects of the model is validated by the simulation of an experimentally investigated concrete mixing process in a compulsory mixer for two concrete recipes with different w/c ratios without using additives and admixtures. During the mixing process the power consumption of the mixer was recorded and compared with the approximated power consumption in the simulation, deduced from the torque data. Thereby a good qualitative agreement of the power curve was achieved, which reflects a realistic pass through the various phases of the material states during the mixing process. As an additional comparison criterion the slump or the slump flow was determined after the mixing process. Again, a good qualitative agreement between experiment and simulation was achieved. Thus the basic applicability of the model to simulate the material behavior during the fresh concrete mixing process is demonstrated using a selected concrete mix.:1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung 2 1.3 Lösungsansatz 3 1.4 Gliederung der Arbeit 5 2 State of the art – Lösungsansätze und ihre Grenzen 7 2.1 Simulationsmethoden für Mischprozesse 7 2.1.1 Überblick 7 2.1.2 Diskrete Elemente Methode (DEM) 9 2.2 Simulation des Feuchteübergangs 16 2.3 Simulation von Flüssigkeitsbrücken 22 2.4 Simulation von Frischbeton 26 2.4.1 Diskrete Elemente Methode (DEM) 27 2.4.2 Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) 31 2.4.3 Finite Volumen Methode (FVM) 31 2.4.4 Finite Elemente Methode (FEM) 32 2.4.5 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 33 2.5 Fazit aus dem aktuellen Stand der Technik 34 3 Theoretische Modellbildung 37 3.1 Wasseraufnahmemenge 37 3.2 Flüssigkeitsbrückenkräfte 39 3.3 Rheologie von zementgebundenen Suspensionen 46 3.4 Fazit aus der Betrachtung der theoretischen Modelle 59 4 Experimentelle Untersuchungen 61 4.1 Materialeigenschaften der Ausgangsstoffe 61 4.1.1 Korngröße 61 4.1.2 Dichte 64 4.1.3 Reibungskoeffizient 65 4.2 Flüssigkeitsaufnahmemenge 69 4.2.1 Wasser 69 4.2.2 Zementleim und Mörtel 77 4.3 Wasseraufnahmegeschwindigkeit 78 4.4 Flüssigkeitsbrückenkraft 81 4.4.1 Messapparatur 81 4.4.2 Versuche am Einzelpartikel 83 4.4.3 Feuchte Schüttkegel 92 4.5 Oberflächenspannung 94 4.6 Rückprallexperiment 95 4.7 Suspensionsverhalten 98 4.8 Mischprozess 110 4.9 Fazit aus den experimentellen Untersuchungen 117 5 Simulationsmodell 119 5.1 Ablauf einer Standard-Simulation in EDEM 119 5.2 Programmierschnittstelle für benutzerdefinierte Kontaktmodelle in EDEM 120 5.3 Übersicht des Modellierungsansatzes 122 5.4 Modellierung des Flüssigkeitstransfers 124 5.4.1 Grundidee 124 5.4.2 Aufnahmebedingungen für Wasser 133 5.4.3 Aufnahmebedingungen für Suspensionen 137 5.4.4 Transfergeschwindigkeit 139 5.4.5 Ergebnisse 142 5.5 Modell zur Partikelüberlappung 147 5.6 Flüssigkeitsbrückenkräfte 148 5.6.1 Modellierung 148 5.6.2 Ergebnisse 154 5.7 Reibungskräfte 158 5.8 Dämpfungskräfte in Normalrichtung durch Flüssigkeit 159 5.9 DämpfungskKräfte in Tangentialrichtung 161 5.9.1 Modellierung 161 5.9.2 Ergebnisse 166 5.10 Adaption durch Kontaktzahl 169 5.11 Implementierung der benutzerdefinierten Variablen 170 5.12 Validierung des Gesamtmodells 177 5.13 Fazit aus der Modellerstellung 192 6 Zusammenfassung 193 7 Modellgrenzen und Ausblick 197 Symbolverzeichnis 199 Literatur- und Quellenverzeichnis 203

2022 fanden die 9. Jahrestagung des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sowie das 61. DAfStb-Forschungskolloquium am 26. und 27. September in Dresden direkt im Vorfeld der 14. Carbon- und Textilbetontage statt. Gastgeber waren die Institute für Baustoffe (IfB) und Massivbau (IMB) der Technischen Universität Dresden. Thematische Schwerpunkte waren Impaktbelastungen, Ingenieurbau, Ermüdung und Dauerhaftigkeit, Frischbeton und Rheologie, additive Fertigung und Sensorik sowie Carbonbeton. Der vorliegende Tagungsband enthält alle Beiträge in deutscher oder englischer Sprache.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components / 2022, the 9th Annual Conference of the Deutscher Ausschusses für Stahlbeton (German Committee for Reinforced Concrete, DAfStb) and the 61st DAfStb Research Colloquium took place on 26 and 27 September in Dresden directly in the run-up to the 14th Carbon and Textile Concrete Days. It was hosted by the Institutes for Building Materials (IfB) and Concrete Structures (IMB) of the Technische Universität Dresden. The main topics were impact loads, civil engineering, fatigue and durability, fresh concrete and rheology, additive manufacturing and sensor technology as well as carbon reinforced concrete. The present conference proceedings contain all contributions in German or English.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components